認知科學的核心是研究心智的本性。20世紀70年代末作為建製的認知科學形成了，但它一直以來都不是一門經典意義上的統一的學科，而是一個多學科的、鬆散的“聯盟”；其聯盟成員因傳統、方法或關注的問題域、角度和層次的不同而分屬由哲學、心理學、神經科學、語言學、人工智能、人類學和教育學等學科構成的多邊形中。
富有挑戰的現象
迄今，在當代認知科學中大致出現過三個基本的研究範式：認知主義、聯結主義和具身動力論（embodied dynamicism）。每個範式各有其偏好的理論隱喻。
認知主義認為心智類似於計算機或者就是計算機；聯結主義認為心智的工作方式是人工神經網絡；具身動力論則把心智看作是一個一個嵌在特定的自然-社會環境中的具身動力的演化-發展的生物係統。這些範式都有各自的擁躉者、感興趣的問題、研究方法和應用領域。這三個範式在當前是並存的，它們既獨立也混合，即競爭也互惠。範式的演變和競爭反映了當代認知科學所麵臨的挑戰和研究重心的變遷。
隨著對心智現象的複雜性認識的加深，早期居於主流地位的認知主義的樂觀消失了。撒加德（P.Thagard）指出，這種計算機隱喻的心智觀遭遇了心智現象的多方麵帶來的挑戰：
情緒挑戰：越來越多的證據表明，情緒並不是令人類榮耀的理性能力的對立麵。理性並非完全地獨立於情緒，相反，情緒和感受在人類思維和決策中扮演著重要的角色，因為情緒和感受指示著理性的理智活動的動機、方向和價值。
意識挑戰：意識是生物心智的演化-發展上的“皇冠”。然而意識體驗因其主觀感受的特異性而長期成為科學研究的禁忌。這個狀況在20世紀後80年開始出現了急劇的轉變，這種轉變甚至被描述為“意識的激增”（consciousness boom）。
世界挑戰：物理環境並不是知覺刺激的單純供應者，正如梅洛-龐蒂（M.Merleau-Ponty）所言“世界不是我掌握其規律的對象，世界是我的一切思考和一切清晰知覺的自然環境和場地”；認知的分析單元僅僅是認知行動者（cognitive agent）還是一個將環境也包含在內的更大的認知係統？心智與環境分界在何處？這些問題開始在認知係統、分布式認知（distributed cognition）、延展認知、延展心智（extended mind）等主題下得到新的討論和研究。
身體挑戰：人是一個生物機體，心智本質是具身的（embodied）；機體和具身性是當代認知科學理解心智本性的基礎。埃德爾曼認為，說心智是具身的是不夠的，重要的是要清楚心智是如何具身的。
動力係統挑戰：心智是一個具身動力係統的湧現特性和功能，而不是一個基於符號的計算過程。認知的動力係統觀要求的是一個範式的轉變。
量子力學挑戰：人類的思維可能並不是標準意義上的計算，生命和腦以不同的方式運作，或許是作為量子計算機。盡管以量子機製來解釋意識並不是普遍的觀點，但它引進了新的觀念和解釋進路。
這些挑戰反映出心智現象的多樣性和複雜性：它不僅涉及心智現象的構成、狀態、過程、功能、層次、發展，還涉及其心智的存在方式。
研究的問題域
基於不同範式的不同學科不但因其特定的研究方法，而且也因其關注該複雜性現象的不同方麵而提出了各自的研究主題。我們可以大致（當然含有極大的局限性）列出一些被廣泛關注的問題域，它們或者是哲學的，或者是科學的，或者混合的：
心與世界：心是自然之鏡嗎？人是如何知覺世界的？知覺是對世界的摹寫還是一種主客體相互作用的建構？除了心與世界之間的認識論問題外，還有一個關於心智的社會性和係統性的問題，將認知行動者置於世界之中的認知係統觀是當前一個強有力的趨勢。
心與身：理解心-身關係是形而上學的一個基本任務。這種關係或心的存在方式是二元論、物理主義、功能主義、副現象論還是泛心論？心-身關係問題在“意識研究”（consciousness studies）中被稱為“難問題”（Hard Problem）。
心與心：他心知問題構成了社會認知、社會交往和人的社會性的基礎。我心是如何感知、理解、知道他心乃至與他心同理的（empathy）？人的社會性存在最初的生物腦基礎嗎？社會認知是如何通過生物腦和後天的社會經驗而不斷形成和發展的？